合理利用天然气的途径

第26卷第9期煤气与热力2006年9月gas heatSep,2006丹分》》》》》2动燃气燃烧与应用咚感感冬感飞岂合理利用天然气的途径薛四敏,朱万美,李连星,孙军2,齐月华(1.建设部沈阳煤气热力研究设计院,辽宁沈阳110026;2.宁夏天地奔牛实业有限公司,宁夏石嘴山753001)摘要:分析了利用天然气的途径——发电、生产合成原料气、工业用燃料、汽车燃料、城镇燃气。由于天然气供不应求,应将有服的天然气优先用于城镇燃气。关键词:天然气利用;天然气用户;城镇燃气中图分类号:TU996文献标识码:B文章编号:1000-4416(2006)09-0027-04Way of Reasonable Utilization of Natural GasXUE Si-min, ZHU Wan-mei', LI Lian-xing, SUN Jun, QI Yue-hua(1. Shenyang Gas Heat Research Design Institute of Construction Ministry, Shenyang 110026China; 2. Ningxia Tiandi Benniu Co, Ltd, Shizuishan 753001, China)Abstract: The ways of natural gas utilization-power generation, production of synthetic raw ma-terial gas, industrial fuel, vehicle fuel and city gas are analyzed. The limited natural gas should be usedpreferably as city gas because demand exceeds supplyKey words: natural gas utilization; natural gas user; city gas天然气是优质洁净能源,自西气东输工程建设装。3台机组全部投产发电后,每年将耗用西气东之日起,其沿线各城镇就开始积极建设天然气利用输天然气8×105m3工程,将天然气用于居民生活用气、商业用气、工业据报道,1m3天然气(低热值为35.6MJ/m3)用气、采暖用气及汽车加气等,有些还用于天然气发的发电量为3.5kW·h;1kg煤(低热值为27.18电和化工原料气。我国天然气产量虽居世界第18MJ/kg)的发电量为2.64kW·h。天然气发电无污位,但人均产量很低,如何合理利用天然气尤为重染、环境效益好,但燃煤发电厂可建在坑口,烟气经要,本文就各类用户用气的合理性进行分析。净化除尘后排放,灰渣用于建材生产,电可远距离输1天然气发电送。另外,按最近国家对天然气调价情况,用于发电据统计,2004年我国发电量为21870×10。kW的天然气价如上调到1.40元/m3,则1kW·h电的h,其中火力发电量为18073×103kW·h。在燃料费为0.40元,要比燃煤(煤价按550元/计)火力发电量中,燃煤发电量为18064×10kW·h,高1倍,所以还应考虑发电燃料费成本。天然气发电量为9×108kW·h2天然气作为合成原料气随着西气东输建成供气,2005年5月19日备现我国开采的天然气除少量用于工业燃料和城受关注的我国第一台9FA重型燃气轮机发电机镇燃气外,大量是用作化工原料,尤其是用于制取合组——浙江半山天然气发电工程1号机组点火成成氨的原料气。2004年我国合成氨产量为4222功,并网发电,另两台机组也计划于2006年完成安10t,其中以煤为原料生产合成氨2618×104t,耗27第9期煤气与热力第26卷煤量为5404×10t:;以天然气为原料生产合成氨醇工程,此工程已于2005年6月动工建设,年耗用1098×104t,耗天然气131.8×108m3;另外,以油为天然气量为7×103m3/a41。原料生产合成氨506×104t3天然气作为工业用燃料天然气主要组分是CH4,而合成氨原料气的组天然气是最好的无污染工业燃料,以燃烧后排分是CO、H2和N2,所以天然气需在适当的温度、压放的CO2作为比较,以煤炭为100,则石油为83,而力和有催化剂存在的条件下与蒸汽按一定的物料天然气仅为5715比,进行间歇催化转化,并要求转化气中(CO+H2)天然气作为工业用燃料,比煤要优越得多,所与N2的体积比为31~32,将天然气转化为半水以,一些工业用户积极争取早日用上西气东输天然煤气。天然气蒸汽转化合成氨生产工艺流程见图气,并与城镇燃气公司或上游公司签订供气合同。但从2005年西气东输供气情况来看,由于上游供气天然气紧张,有些已改造好的燃气设备再改为燃煤,或改建原料气压缩机}-脱硫为以发生炉煤气作为过渡气源,有些已经列人计划蒸汽匚段转化}一热的工业用户也被暂缓供气。天然气作为工业用燃料主要用于锅炉和工业窑空气[空气压缩机一良转化败压卷炉,且耗气量在一些城镇还占主导地位,如河南省长系葛市、禹州市和江苏省宜兴市工业用气量分别约占高温变换总气量的70%95%和95%以上。低温变换是否有必要将原燃煤全部改为天然气,这在确CO2副产品定供气规模时,应对当地可供气源进行深入调查。脱碳对于天然气能否满足需求量,还应从上游供气量和合成气压缩机}[甲烷化下游可供气量综合考虑。现我国天然气供不应求,对工业窑炉较集中、天然气需求量又较大的一些城合成镇难以满足供气要求,对产品质量要求较高,现已使用燃料油、液化石油气或煤制气的工业用户应优先冰机「冷冻NH3产品计划供给天然气。一般窑炉使用天然气、煤和燃料油的热能利用率见表16。图1天然气蕪汽转化合成氨生产工艺流程表1一般窑炉天然气、煤和燃料油的热能利用率ig. 1 Flow chart of productive process of transformationTab. 1 Thermal energy utilization rate of common kilnof natural gas steam into synthetic ammoniausing natural gas, coal and fuel oil在我国天然气产地或离产地比较近的地方,基空气预不同炉膛温度下的本都建有采用此流程的合成氨厂(或尿素厂),每生燃料」低热值|热温度热能利用率产1t合成氨,约消耗低热值为356M/m3的天然名称60080010001200气1200m3,但因天然气的组成及纯度不同,这个数℃℃|℃|℃00730.630.530.43值会有变化。但以煤为原料,煤在发生炉内在高天然气3622M/m2500.830.730.630.53温下与气化剂(空气和蒸汽)进行气化反应,可直接00.730.630.530.42生产组分为CO、CO2、H2及N2的半水煤气,作为生煤|27.21M/kg2500.820.720.620.52产合成氨的原料气,每生产1t合成氨约消耗原料010.670.560.440.32燃料油40.19MJ/kg煤和燃料煤2.06t。年产30×104u/a合成氨厂年耗2500790.670.550.43用天然气量为3.6×10°m3/a,或年耗用煤量为61.8天然气用于汽车燃料x10t/a。天然气的辛烷值(MON)高达1270~137.8,大青海中浩天然气化工有限公司利用涩北气田天多数为130,接近甲烷的辛烷值(140),燃烧性能好,然气,投资建设青海格尔木年产60×104ta合成甲发热量大,燃烧后的主要生成物为CO2和H2O28H第9期薛四敏,等:合理利用天然气的途径第26卷天然气汽车与燃油汽车相比,尾气排放量中CO下m3,但在一次能源消费结构中的比例仅接近3%,而降约90%,碳氢化合物(HC)下降约50%,NO下降世界平均水平高达23%。由于城镇居民过量燃烧约30%,S02下降约70%,CO2下降约23%,微粒下煤炭,从而造成大气中二氧化碳、二氧化硫和烟尘量降约40%7。天然气特别适于用作发动机燃料,对增加,而二氧化碳、二氧化硫又容易形成酸雨,所以,发动机润滑油的变质劣化作用小,能延长发动机使目前在难以满足各行各业对天然气的需求的情况用寿命并减小检修频率,节约维修费用,已成为一种下,应将有限的天然气用好,要最大限度地减少烟尘优良的汽车发动机绿色代用燃料。所以,利用西气和有害气体的排放,使大气质量和生态环境得到有东输天然气的城镇,纷纷建设压缩天然气(CNG)加效改善。气站,给汽车加气,由于气源有保证,因此价格相对6合理利用天然气稳定,运行成本低。以武汉市为例,用于天然气汽车根据“十一五”规划纲要,“坚持节约优先、立足的CNG价格为2.95元/m23与93号汽油价格为国内煤为基础、多元发展,优化生产和消费结构,构4.90元/L,以单位热量比较,汽车燃料费约减少筑稳定、经济、安全的能源供应体系。”天然气作为48%,有非常大的经济优势,这使得燃气汽车产业链燃料与煤或燃料油相比,它是一种优质、洁净能源,的商家消费者均有利可图,极大地推动了燃气汽车当产生相同热量时,燃用天然气排放的颗粒物的发展。另外,CNG不含铅、硫化物及苯等有害物SO2、CO分别是燃煤的0.16%0.83%、0.76%,CO2质,与燃油汽车相比,天然气汽车是一种理想的低污还不足燃煤的2/3。如以1×103m3的天然气替代染汽车,环保效益好。因此,在有条件的城镇,应编煤炭作为城镇居民生活用,还可节煤(17~35)×10制燃气汽车及加气站建设发展规划,因地制宜地发t,并减少SO2和烟尘排放量3600t、300t,经济效益展天然气汽车,减少汽车尾气排放改善城市大气环和环境效益都十分明显8。此外,天然气中不含重境,有利于经济社会发展和人民群众的身体健康。金属。天然气作为城镇燃气与其他矿物燃料相比,5天然气用于城镇燃气在气体质量、输送使用、环境保护等方面有优越之十五”规划提出,以提高居民生活质量、改善处,因此被人们称为“绿色燃料”。大气环境、节约能源为目的,在国家政策的支持下,现我国天然气供不应求,为减少城市污染、改善积极发展城市燃气。城市燃气要遵循多种能源、多大气质量、加强和谐社会建设,天然气应优先用于城种途径、因地制宜、合理利用的发展方针,优先发展镇。如将浙江建设的半山天然气发电厂、辽宁建设天然气,合理利用液化石油气,慎重发展煤制气的辽河化肥厂和青海建设的格尔木甲醇厂耗用的天对于液化石油气,由于国际油价的飙升,加上我然气,供100×10人的城市,每户(以3.5人计)日国现石油年净进口量达到1.515×10°t/a,如采用液耗天然气0.6m23,商业用气规模按居民用气量的化石油气作为城镇燃气,首先要对液化石油气供应25%、其他用气量按5%、气化率按80%计,则可供的稳定性、价格的不定性及用户对气价的承受能力100×104人的城市的数据见表2。等做充分的市场调查,然后经综合评价确定,但在短从表2看出,三座工厂年耗用天然气总量为期内无法使用天然气的城镇,可作为过渡气源考虑。18.6×10m3/a,可供100×104人的城市27座。现对于煤制气,在无其他气源条件下,可根据当地不宜以天然气作为燃料或原料建设发电厂、合成氨可供煤源、煤质及用户需求进行制气工艺的比选。厂或合成甲醇厂,应将可供天然气优先供给城镇。煤制气虽可作为城镇燃气,由于三废处理难以达到我国油气资源相对稀缺,天然气电厂气源难以环保要求,制气成本高,经济效益差,现供气规模在保障,到厂气价过高,且面临电价“竞价上网”与气逐步缩小,所以釆用煤制气发展城镇燃气要慎重,但源长期“照付不议”的现实矛盾。煤炭是我囡能源我国主要能源是煤炭,煤制气在我国仍会长期存在。的主要资源国家应发展大容量、高效、低污染的煤我国城镇燃气的发展趋势是:由目前的以液化炭燃烧新技术,要自行研发有自主知识产权的先进石油气和煤制气为主,逐步向以天然气为主过渡,以重型燃气轮机,具备自主设计能力,鼓励有优势的煤优质、洁净的天然气取代成本高、污染大的煤制气炭企业实行煤电联营或煤电运一体化经营。所以,据报道,2005年我国天然气产量约500×108我国电力供应仍应以煤电为主。29H第9期煤气与热力第26卷表2三座工厂年用天然气可供100×104人的城市的数据Tab 2 Data for supplying cities of 100 x 10 population by annual consumption of natural gas in three factories工厂名称天然气用途生产规模年用天然气量年耗气量可供城市数量/座备注半山发电厂发电年发电47×10kW·ha8.0×1006×10123台机组,组已发电辽河化肥厂合成氨年产合成氨30×104ta3.6×1030.66×1085已投格尔木甲醇厂「合成甲醇」年产甲醇60×10ta_70×1090.66×10°在建对于合成原料气,以煤为原料,在煤气发生炉中的比例提高到7%~12%。近几年由于天然气供内,在高温下与气化剂(空气和蒸汽)进行气化反不应求,应将有限的天然气优先用于城镇燃气,鼓励应,可直接生产出符合合成气组成要求的原料气。发展坑口电站,建设大型煤电基地,待天然气供应量而以天然气为合成原料,需采用间歇催化转化法,即有明显好转时,适度发展天然气发电,扩大可以有效在天然气转化过程中,约有1/4的天然气用于吹风,提高生产效率和改善产品质量的工业用气等。以供天然气与气化剂(空气和蒸汽)在蓄热炉和转化炉内进行催化转化反应,生产出合成氨的原料气。参考文献:对于天然气汽车应提倡大力发展。目前,城市[1]薛新民.我国电力供需形势分析[J.中国能源燃油汽车的尾气排放及扬尘已成为城镇的主要污染2005,(3):27-30源,影响到居民生活质量,并威胁居民的身体健康和[2]大连工学院.合成氨生产工艺[M].北京:右油化学生存环境。所以,在建设天然气输配工程时,应考虑工业出版社,1978到天然气汽车用气量,尤其是城市的公交车和出租3]石油化学工业都化工设计院小氮肥厂工艺设计手册汽车[M].北京:化学工业出版社,1980对于天然气作为工业燃料,应根据天然气可供[4]钱伯章。大型甲醇生产项目在青海格尔木开建[J气量,按企业性质、产品质量要求有计划地实施,而天然气工业,2005,(7):46-46对于环保要求高的大中城市或省会城市可优先考[5]欧阳风石油产品应用技术手册[M.北京:中国石油出版社,1998[6]邓渊.煤气规划设计手册[M].北京:中国建筑工业7结论出版社,1992按我国天然气勘探和开采情况,预测到2010[7]彭红涛.天然气汽车发展中存在的问题及对策研究年、2020年全国天然气生产量分别为(660~770)[J].煤气与热力,2006,26(3):26-28.103m3和(1000~1100)×103m3,而实际需求量约[8]朱万美,王运阁.天然气的开发与合理利用[J.煤气是(960~1074)×10m和(1877~2088)×10与热力,2001,21(1):61-63m3,需求量与生产量约相差300×108m3和(877988)×103m3181。国家为加快建设环境友好型社作者简介:薛四敏(1967-),男,辽宁沈阳人会,保证国内市场需求,在十一五期间实行油气并高级会计师,博士,主要研究方向为项目举,稳定增加原油产量,提高天然气产量。决定“坚投资管理与论证分析评价。持平等合作、互利共赢,扩大境外油气资源合作开电话:13910850603发,在沿海地区适度建设进口液化天然气项目。”通E-mail:xsm999@163.com过10~20a的努力,使天然气在我国能源消费结构收稿日期:2006-05-31;修回日期:2006-07-14进一步少尝得创时少&孙之众提守分爆30·H